煤粉燃烧的数学模型

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1、煤粉燃烧的数学模型燃烧过程模化的一般研究•在过去的30多年的时间里，人们对燃烧过程的模化予以很大的重视，计算机的发展更使这一发展成为可能，目前，已有商业化应用程序的出现。现有的模型方法的发展已开始走向实用。•燃烧过程的模化不仅受到计算机储存能力和运算速度的限制，同时又缺乏估计评价这些计算模型的基本数据。因此近10年的研究中，人们在开发燃烧通用商业化程序的同时，将重点放在其涉及的煤的燃烧过程的机理研究方面，使各种机理模型更加接近实际的应用要求。发展煤燃烧模型的关键在于1.能否用目前广泛通过实验研究的单颗煤粒的特性数据预示出整个颗粒群的特性。2.有限的、稳态的试验数据是否

2、可用于预示非稳态或准稳态过程的特性。3.煤燃烧过程的主要控制因素是各个环节的速率，只要对这些速率控制过程进行描述就可对整个过程作出描述。4.对简单的计算系统作了估价的数值方法可用于复杂系统，尽管精度尚需提高但仍能得到有益的结果。5.由于程序的广泛性，不可能对各个子模型给出充分、完整的评价，但其总体参数的评价仍是可靠的。•这些基础前提有可能是不准确的，而其正确性又得不到直接证明，因此在整个模型的应用中，必须小心地结合试验数据，运用数值试验方法来估价模型的精确性与可靠性。•从另一个角度看，虽然燃烧过程包含着复杂的微观过程，但其宏观特性却呈现出明显的规律性，包括宏观的温度场

3、、速度场、浓度场、传热、传质、流动等特性，这表明用数学方法来描述这种过程是可能的。获得试验方法无法得到的信息包括1)确定炉膛，燃烧器的总的基本特性；2)解释和进行测量结果的分析，以及进行优化数值试验（CAT方法）；3)确定敏感的变量；4)确定速率控制过程；5)确定需要深入研究的领域；6)控制燃烧过程；7)进行设计和优化；8)帮助进行比例放大的工程设计；9)提出合适的优化运行方式；10)控制污染物排放的可行措施。1)求出燃烧室中的温度分布和壁面热流分布，分析其热工况；2)求解气相流场，分析流动工况（各股气流的混合、流速、湍流和回流情况）；3)求出颗粒的反应经历、分析积灰

4、、结渣和磨损过程；4)求出颗粒的反应经历，合理组织气流流动；5)求解气相组分分布，分析合理的反应混合情况；6)辅助燃烧器的设计；7)对低NOx控制的指导；8)了解燃料变化对锅炉总体运行的影响；9)进行计算机数值试验（CAT），估计实验结果，帮助进行按比例放大的工程设计及优化运行。煤粉燃烧主要物理、化学现象及其模型物理化学现象子模型煤颗粒扩散两相流湍流扩散煤颗粒蒸发水份蒸发气相湍流气相湍流气相回流气相湍流，旋转流场气-煤，颗粒导热/传热对流传热气-煤，气-周围辐射传热辐射传热颗粒-颗粒相互作用相间传输颗粒挥发份析出挥发份析出颗粒焦-氧，蒸汽反应异相反应颗粒多孔介质内孔反

5、应与扩散内孔隙传质与扩散煤的结团与破碎煤粒形态变化气体-挥发物反应湍流燃烧模型污染物形成NOx，SO2生成模型灰渣形成灰渣形成结灰、除渣、磨损灰，颗粒/壁面相互作用综合的煤粉燃烧过程的系统模型的基础有三个方面1)气相湍流运动的研究方法，这一方面的研究由于基于湍流模型的发展，人们对各种场合应用双方程或多方程的湍流模型，获得了可靠的结果。这方面研究的成果为进一步研究整个燃烧过程打下基础。2)湍流和其他物理现象的相互作用，最重要的发展是颗粒湍流扩散的随机方法的出现，使得液滴，颗粒流的扩散问题获得了令人满意的结果。反映湍流-气相反应的湍流燃烧模型近年也得到了相当的发展。3)煤

6、粉燃烧动力学研究和煤粉燃烧形态学方面的发展，为煤粉颗粒本身的模化打下了基础。如煤的加热，热解（挥发物析出），焦炭反应过程中的形态，结团、破碎、膨胀、收缩等研究。单颗煤粒经历模型•煤粒的加热•水份蒸发模型•挥发份析出模型•焦炭的非均相反应模型•煤粒在燃烧室中的其它经历模型–气体颗粒传质–煤粉颗粒在反应中的物理变化煤粒的加热didmppQm(hh)ppspdtdtQQQppcpr水份蒸发模型MNuCDnA(xx)wimgwmijwjwgmwxmwjNud(1)imjmw(QQ)jfj(m)wmaxhw挥发份析出模型焦炭的非均相反应模型

7、煤粒在燃烧室中的其它经历模型•气体颗粒传质0.51/3Sh20.654ReSc煤粉颗粒在反应中的物理变化(1)水份蒸发时，颗粒从球体变为多棱体，同时直径保持不变，颗粒产生结团，结团直径与初始滴径相同，同时也有二次雾化和破碎产生。(2)颗粒相在分解过程中，颗粒从多棱体变为近球形，对于烟煤，膨胀因子=1.1，颗粒在挥发份不均匀析出时形成空心球或“C”形球，也可能发生爆裂破碎。(3)焦炭反应时，焦粒的尺寸和密度都发生变化，描述为：颗粒重量WpWp0(1u)(9-36)颗粒直径pp0(1u)(9-37)颗粒密度pp0(1u)(9-